JPH0515346B2 - - Google Patents
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- JPH0515346B2 JPH0515346B2 JP60024756A JP2475685A JPH0515346B2 JP H0515346 B2 JPH0515346 B2 JP H0515346B2 JP 60024756 A JP60024756 A JP 60024756A JP 2475685 A JP2475685 A JP 2475685A JP H0515346 B2 JPH0515346 B2 JP H0515346B2
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は電荷転送型撮像素子や電荷転送型遅延
線等から出力されるアナログ信号をデイジタル信
号に変換するための信号処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a signal processing device for converting an analog signal output from a charge transfer type image sensor, a charge transfer type delay line, etc. into a digital signal.
(従来技術)
最近のデイジタル技術の進歩は、半導体集積回
路技術の発達と相まつて目覚ましいものがある。
これは64Kビツト、256Kビツト等の大容量デイ
ジタルメモリや、A/D変換器、D/A変換器等
が比較的安価にしかも大量に市場に供給されるよ
うになつたことによる。このデイジタル技術の台
頭は映像機器の分野においてても例外ではなく、
フレームシンクロナイザーやノイズリデユーサー
など、従来のアナログ方式では実現が困難であつ
た装置も、デイジタル化により簡単に実現可能と
なつた(テレビジヨン学会誌、1979年4月号〔第
33巻、第4号〕)。さらにデイジタル方式は装置の
経済化、安定化、調整工数の削減、他の装置との
接続の容易さなどの面で優れているため、従来ア
ナログ方式が主流であつたテレビカメラやテレビ
受像機にも応用されようとしている(日経エレク
トロニクス、1983 11−23,p.259〜p.273)。(Prior Art) The recent progress in digital technology, coupled with the development of semiconductor integrated circuit technology, has been remarkable.
This is because large-capacity digital memories such as 64K bits and 256K bits, A/D converters, D/A converters, etc. have become available on the market at relatively low prices and in large quantities. The rise of digital technology is no exception in the field of video equipment.
Devices that were difficult to implement using conventional analog systems, such as frame synchronizers and noise reducers, became easily possible through digitalization (Journal of the Television Society, April 1979 issue [No.
Volume 33, No. 4]). Furthermore, digital systems are superior in terms of equipment economy, stability, reduction of adjustment man-hours, and ease of connection with other equipment, so they have become more popular in television cameras and television receivers, where analog systems have traditionally been mainstream. (Nikkei Electronics, 1983 11-23, p.259-p.273).
(従来技術の問題点)
ところで上述したテレビカメラなどのデイジタ
ル化に際し、最も問題となるのは、撮像管あるい
は固体撮像素子から出力されるアナログ信号をデ
イジタル信号に変換する部分の回路構成である。
第4図は、固体撮像素子の代表とも言うべき電荷
転送型撮像素子からデイジタル信号を得るための
従来例を示すブロツク図である。同図において、
インターライン転送方式電荷転送型撮像素子61
は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するために
光入射面にマトリツクス状に配列された光電変換
部62と、この光電変換部62に蓄積された信号
電荷を一垂直走査周期(フイルドまたはフレー
ム)ごとに読み出すための転送ゲート(図示せ
ず)と、読み出した信号電荷を一水平走査周期
(1H)ごとに垂直方向に転送するための垂直レジ
スタ63と、各垂直レジスタ63の一端に電気的
に結合して信号電荷を水平方向に転送するための
水平レジスタ64と、この水平レジスタ64から
の信号電荷を検出して順次電圧信号に変換するた
めの電荷検出回路65とから構成されている。か
かる撮像素子61の外部には、外部雑音の混入を
防ぐために、インピーダンス変換の役目を担うバ
ツフアアンプ66が電荷検出回路65の近傍に接
続されている。バツフアアンプ66からの振幅変
調信号はクランプ回路67で基準電圧に設定され
た後、サンプルホールド回路68で電荷検出期間
のみがサンプリングされ、次いでローパスフイル
タ69で高次の側波帯成分が除去され、通常のア
ナログ信号へと変換される。該アナログ信号はア
ンプ70で規定の振幅に増幅された後、A/D変
換器71に入力され、ここで初めてデイジタル信
号への変換が行なわれる。(Problems with the Prior Art) When digitalizing the above-mentioned television camera, etc., the biggest problem is the circuit configuration of the part that converts the analog signal output from the image pickup tube or solid-state image sensor into a digital signal.
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example for obtaining digital signals from a charge transfer type image sensor, which can be said to be a typical solid-state image sensor. In the same figure,
Interline transfer charge transfer type image sensor 61
The photoelectric conversion units 62 are arranged in a matrix on the light incident surface to accumulate signal charges according to the amount of incident light, and the signal charges accumulated in the photoelectric conversion units 62 are transferred over one vertical scanning period (field or frame). ), a vertical register 63 for vertically transferring the read signal charge every horizontal scanning period (1H), and an electrical connection at one end of each vertical register 63. The horizontal register 64 is coupled to the horizontal register 64 to transfer signal charges in the horizontal direction, and a charge detection circuit 65 is configured to detect the signal charges from the horizontal register 64 and sequentially convert them into voltage signals. A buffer amplifier 66 which plays a role of impedance conversion is connected to the outside of the image pickup device 61 near the charge detection circuit 65 in order to prevent the mixing of external noise. After the amplitude modulation signal from the buffer amplifier 66 is set to a reference voltage in a clamp circuit 67, only the charge detection period is sampled in a sample-and-hold circuit 68, and then high-order sideband components are removed in a low-pass filter 69. is converted into an analog signal. The analog signal is amplified to a specified amplitude by an amplifier 70 and then input to an A/D converter 71, where it is converted into a digital signal for the first time.
上述した回路構成によれば、アナログ量からデ
イジタル量への変換は可能であるが、幾つかの問
題点もある。第1の問題点は、撮像素子61から
の振幅変調信号を一旦アナログ信号に直してから
A/D変換しているため、再生画像がクランプ回
路67やサンプルホールド回路68およびローパ
スフイルタ69での特性劣化に影響され易い点で
ある。もちろん、撮像素子61からの振幅変調信
号を直接A/D変換すれば、外部回路での特性劣
化による影が最も少なく、またこれは技術的にも
可能である。しかしこの場合、基準電圧レベルと
電荷検出期間の両方をA/D変換した後、両者の
差を取る操作をせねばならず、回路規模の増大や
使用部品のの高価格化からみて、テレビカメラ等
小規模の装置に応用するには不向きである。 According to the circuit configuration described above, it is possible to convert an analog quantity into a digital quantity, but there are some problems. The first problem is that because the amplitude modulation signal from the image sensor 61 is converted into an analog signal and then A/D converted, the reproduced image is affected by the characteristics of the clamp circuit 67, sample and hold circuit 68, and low-pass filter 69. This is a point that is easily affected by deterioration. Of course, if the amplitude modulation signal from the image sensor 61 is directly A/D converted, the influence of characteristic deterioration in the external circuit will be minimized, and this is also technically possible. However, in this case, after A/D converting both the reference voltage level and the charge detection period, it is necessary to perform an operation to calculate the difference between the two, which makes it difficult for television cameras to increase the circuit scale and the cost of parts used. It is unsuitable for application to small scale equipment.
第2の問題点は、撮像素子61は本来アナログ
デバイスであるため、駆動および信号処理には独
特のアナログ技術を駆使せねばならず、デイジタ
ル回路技術者には馴染みにくい点である。かかる
問題を解決するためには、もし技術的に可能であ
れば、撮像素子61から直接デイジタル信号が出
力されるようにするのがも手つ取り早い。 The second problem is that since the image sensor 61 is originally an analog device, unique analog technology must be used for driving and signal processing, which is difficult for digital circuit engineers to understand. In order to solve this problem, if it is technically possible, it would be quick and easy to output a digital signal directly from the image sensor 61.
第3の問題点は、最近のA/D変換器は低価格
化および高速化がなされてはいるものの、消費電
力、量子化の精度などの面においていまだ問題が
あり、テレビカメラ等の小規模装置に応用しにく
点である。 The third problem is that although recent A/D converters have become cheaper and faster, they still have problems in terms of power consumption, quantization accuracy, etc. This is difficult to apply to equipment.
(発明の目的)
本発明は上述した従来の欠点を除去したもの
で、その目的とするところは、電荷転送型撮像素
子などとオンチツプ化が可能な信号処理装置を提
供することにある。(Object of the Invention) The present invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, and its object is to provide a signal processing device that can be integrated with a charge transfer type image pickup device or the like on-chip.
(発明の構成)
本発明の信号処理装置は、電荷転送素子からの
出力信号をNビツト(N:正の整数)の分解能
で、デイジタル信号に変換する信号処理装置にお
いて、出力信号電荷の大きさを一転送ごとに非破
壊的に検出する2M−1個(M:正の整数、M<
N)の第1の出力手段を備えた第1の端子付電荷
転送遅延線を設け、各出力手段からの出力電圧を
2M−1個の第1のアナログ比較器群に供給し、且
つこのアナログ比較器群に基準電圧の1/2Mの整
数倍となるそれぞれ異なる比較電圧を供給して、
これら比較電圧が前記第1の出力手段からの出力
電圧より大きいときローレベル、小さいときハイ
レベルとなる判別信号を得るようになし、これら
判別信号をそれぞれ遅延時間の異なる第1のデイ
ジタルシフトレジスタ群に供給して、信号出力の
同時化をはかり、且つこれら同時化された判別信
号を第1の符号器に供給して、Mビツトの2進数
を得るようにした上位Mビツト変換部と、前記第
1のアナログ比較器群からの判別信号をそれぞれ
電荷生成手段に供給して、これら判別信号がロー
レベルのときのみ前記基準電圧の1/2Mの電圧に
相当するバイアス電荷を生成するようになし、且
つ前記電荷生成手段からのバイアス電荷を加算す
るようにしたバイアス電荷生成部と、前記第1の
端子付電荷転送遅延線からの出力信号電荷と前記
バイアス電荷生成部からのバイアス電荷を電荷レ
ベルで合成するようにした電荷合成部と、この電
荷合成部から電荷の大きさを一転送ごとに非破壊
的に検出する2N-M−1個の第2の出力手段を備え
た第2の端子付電荷転送遅延線を設け、各出力手
段からの出力電圧を2N-M−1個の第2のアナログ
比較器群に供給し、且つこのアナログ比較器群に
前記基準電圧の1/2Nの整数倍に前記基準電圧の
(1−1/2M)倍を加えたそれぞれ異なる比較電
圧を供給して、これら比較電圧が前記第2の出力
手段からの出力電圧より大きいときローレベル、
小さいときハイレベルとなる判別信号を得るよう
になし、これら判別信号をそれぞれ遅延時間の異
なる第2のデイジタルシフトレジスタ群に供給し
て信号出力の同時化をはかり、且つこれら同時化
された判別信号を第2の符号器に供給して、N−
Mビツトの2進数を得るようにした下位N−Mビ
ツト変換部とを有している。(Structure of the Invention) A signal processing device of the present invention is a signal processing device that converts an output signal from a charge transfer element into a digital signal with a resolution of N bits (N: a positive integer). 2 M −1 (M: positive integer, M <
A charge transfer delay line with a first terminal having a first output means of N) is provided, and the output voltage from each output means is
2 M −1 first analog comparators, and supplying each analog comparator group with a different comparison voltage that is an integer multiple of 1/2 M of the reference voltage,
When these comparison voltages are larger than the output voltage from the first output means, a discrimination signal is obtained which becomes a low level, and when it is smaller, a discrimination signal becomes a high level, and these discrimination signals are transmitted to a first digital shift register group having different delay times. an upper M-bit conversion section configured to supply the signals to the first encoder to synchronize the signal outputs, and to supply the synchronized discrimination signals to the first encoder to obtain an M-bit binary number; The discrimination signals from the first analog comparator group are respectively supplied to charge generation means, and only when these discrimination signals are at a low level, a bias charge corresponding to a voltage of 1/2 M of the reference voltage is generated. None, and a bias charge generation section configured to add bias charges from the charge generation means, and an output signal charge from the first terminal-equipped charge transfer delay line and the bias charge from the bias charge generation section. a second terminal equipped with a charge synthesis section configured to synthesize the charge at a level, and 2 NM -1 second output means for non-destructively detecting the magnitude of charge from the charge synthesis section for each transfer; A charge transfer delay line is provided, and the output voltage from each output means is supplied to a second analog comparator group of 2 NM -1, and an integer of 1/2 N of the reference voltage is supplied to the analog comparator group. supplying different comparison voltages, each of which is equal to (1-1/2 M ) times the reference voltage, and when these comparison voltages are larger than the output voltage from the second output means, the level is low;
Discrimination signals that are at a high level when the signal is small are obtained, and these discrimination signals are supplied to a second digital shift register group each having a different delay time to synchronize the signal outputs, and these simultaneous discrimination signals are to the second encoder to obtain N−
It has a lower N-M bit converter for obtaining an M-bit binary number.
(実施例)
次に本発明の実施例について図面を用いて説明
する。ここでの説明は、電荷転送型撮像素子を代
表する電荷結合素子(以下CCDと称す)にオン
チツプ化された電荷転送型A/D変換器(以下単
にA/D変換器と称す)からなる信号処理装置に
ついて行なう。また説明を簡単にするため、この
A/D変換器はそれぞれ2ビツト/サンプルのレ
ベル分解能を有する上位2ビツトA/D変換部と
下位2ビツトA/D変換部とによつて構成され、
トータルのレベル分解能は4ビツト/サンプルで
あるものとする。(Example) Next, an example of the present invention will be described using the drawings. The explanation here will be based on a signal generated by a charge transfer type A/D converter (hereinafter simply referred to as an A/D converter) that is integrated into a charge-coupled device (hereinafter referred to as CCD) that represents a charge transfer type image sensor. This is done for the processing equipment. In order to simplify the explanation, this A/D converter is composed of an upper 2-bit A/D converter and a lower 2-bit A/D converter, each having a level resolution of 2 bits/sample.
It is assumed that the total level resolution is 4 bits/sample.
第1図は本発明による処理装置の一実施例を示
すA/D変換器のブロツク図、第2図は第1図の
動作機能を説明する図、第3図は本実施例のA/
D変換器をさらに具体的に示す回路構成図であ
る。 FIG. 1 is a block diagram of an A/D converter showing one embodiment of the processing device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram explaining the operational functions of FIG. 1, and FIG.
It is a circuit block diagram which shows a D converter more specifically.
第1図において端子付電荷転送型遅延線1は、
CCD撮像素子や遅延線の出力部と電荷レベルで
結合されている。ここで、転送方向2から転送さ
れて来た出力信号電荷は、端子付電荷転送型遅延
線1中を転送されると同時に、この信号電荷の大
きさを一転送ごとに非破壊的に検出する出力手段
によつて、信号電荷出力端子(以下単に端子と称
す)3,4,5より信号電圧として出力される。
次いで、端子3,4,5よりの信号電圧は、アナ
ログ比較器群6を構成するアナログ比較器7,
8,9のそれぞれの信号端子に印加される。一
方、アナログ比較器7,8,9の比較電圧端子に
は、基準電圧をVRとすると、比較電圧発生回路
10からのそれぞれ異なる比較電圧3VR/4,
VR/2,VR/4が印加される。ここでアナログ
比較器7の動作を説明すると、端子付電荷転送型
遅延線1によつて検出された信号電圧VSと比較
電圧3VR/4との間にVS>3VR/4なる関係が成
立する場合、その判別信号C1はハイレベル
“1”となる。またVS<3VR/4なる関係が成立
する場合にはローレベル“0”となる。他のアナ
ログ比較器8,9の動作も比較電圧がVR/2,
VR/4と異なるのみで、あとは全く同様である。
よつて、信号電VSの変化に対するアナログ比較
器7,8,9のそれぞれの判別信号C1,C2,
C3の状態は、第2図に示すごとく、VS/3VR/
4の場合C1,C2,C3のすべてがハイレベル
“1”、3VR/4>VS>VR/2の場合C2,C3
がハイレベル“1”、VR/2>VS>VR/4の場
合C3のみがハイレベル“1”、VR/4>VSの場
合C1,C2,C3のすべてがローレベル“0”
となる。 In FIG. 1, the charge transfer type delay line 1 with terminals is
It is coupled to the output section of the CCD image sensor and delay line at the charge level. Here, the output signal charge transferred from the transfer direction 2 is transferred through the charge transfer type delay line 1 with a terminal, and at the same time, the magnitude of this signal charge is detected non-destructively for each transfer. The output means outputs the signal charge as a signal voltage from signal charge output terminals (hereinafter simply referred to as terminals) 3, 4, and 5.
Next, the signal voltages from the terminals 3, 4, and 5 are applied to the analog comparators 7, which constitute the analog comparator group 6.
It is applied to each of the signal terminals 8 and 9. On the other hand, the comparison voltage terminals of the analog comparators 7, 8, and 9 are supplied with different comparison voltages 3V R /4, 3V R /4,
V R /2 and V R /4 are applied. To explain the operation of the analog comparator 7 here, there is a relationship between the signal voltage V S detected by the terminal-equipped charge transfer type delay line 1 and the comparison voltage 3V R /4 such that V S >3V R /4. If this holds true, the determination signal C1 becomes high level "1". Further, when the relationship V S <3V R /4 holds true, the low level becomes "0". The operation of the other analog comparators 8 and 9 is such that the comparison voltage is V R /2,
The only difference is that it is different from V R /4, and the rest is exactly the same.
Therefore, the respective discrimination signals C1, C2,
The state of C3 is V S /3V R / as shown in Figure 2.
4, all of C1, C2, and C3 are high level “1”, and when 3V R /4>V S >V R /2, C2, C3
is high level "1", when V R /2>V S > V R /4, only C3 is high level "1", when V R /4> V S , all C1, C2, and C3 are low level " 0”
becomes.
次に、アナログ比較器群6からの判別信号C
1,C2,C3はそれぞれ遅延時間の異なるデイ
ジタルシフトレジスタ11,12,13に印加さ
れる。これは端子付電荷転送型遅延線1の動作か
らも明らかなように、同一信号電荷に対する検出
が端子3→4→5の順に1クロツク周期分ずつ遅
れるためである。デイジタルシフトレジスタ1
1,12,13を端子付電荷転送型遅延線1と同
一クロツク周期で動作させ、且つ遅延時間をそれ
ぞれ1,2,3クロツク周期分に選ぶことによ
り、上述した遅れは補償される。最後に、デイジ
タルシフトレジスタ11,12,13で同時化さ
れた判別信号C1,C2,C3は符号器14に入
力され、ここで第2図に示すごとく2ビツトの2
進数D1,D2に変換される。以上の説明からも
明らかなように、端子付電荷転送型遅延線1とア
ナログ比較器群6、比較電圧発生回路10、デイ
ジタルシフトレジスタ11,12,13および符
号器14とにより、上位2ビツトA/D変換部が
構成されている。 Next, the discrimination signal C from the analog comparator group 6
1, C2, and C3 are applied to digital shift registers 11, 12, and 13 having different delay times, respectively. This is because, as is clear from the operation of the charge transfer type delay line 1 with terminals, the detection of the same signal charge is delayed by one clock period in the order of terminals 3→4→5. Digital shift register 1
1, 12, and 13 are operated at the same clock cycle as the terminal-equipped charge transfer type delay line 1, and the delay times are selected to be 1, 2, and 3 clock cycles, respectively, thereby compensating for the above-mentioned delay. Finally, the discrimination signals C1, C2, and C3 synchronized by the digital shift registers 11, 12, and 13 are input to the encoder 14, where they are converted into two bits as shown in FIG.
It is converted into base numbers D1 and D2. As is clear from the above explanation, the upper two bits A are /D conversion section is configured.
次に、アナログ比較器群6からの判別信号C
1,C2,C3はバイアス電荷生成部15にも印
加されている。このバイアス電荷生成部15では
判別信号C1,C2,C3のそれぞれの状態に応
じて、判別信号がローレベル“0”のときのみ基
準電圧VRの1/4の電圧に相当するバイアス電荷が
生成、加算されるうになつている。すなわち、第
2図において、判別信号C1,C2,C3のすべ
てがハイレベル“1”のときにはバイアス電荷は
零であるが、、C1のみがローレベル“0”とな
るVR/4に相当するバイアス電荷が生成、加算
され、次いでC1,C2の両方がローレベル
“0”の場合VR/2に相当するバイアス電荷が、
またC1,C2,C3のすべてがローレベル
“0”の場合3VR/4に相当するバイアス電荷が
それぞれ生成、加算される。 Next, the discrimination signal C from the analog comparator group 6
1, C2, and C3 are also applied to the bias charge generation section 15. The bias charge generation unit 15 generates a bias charge corresponding to a voltage of 1/4 of the reference voltage VR only when the discrimination signal is low level "0" according to the respective states of the discrimination signals C1, C2, and C3. , it's starting to add up. That is, in FIG. 2, when all of the discrimination signals C1, C2, and C3 are at high level "1", the bias charge is zero, but only C1 is at low level "0", which corresponds to V R /4. Bias charges are generated and added, and then when both C1 and C2 are at low level "0", the bias charge corresponding to V R /2 is
Further, when all of C1, C2, and C3 are at low level "0", bias charges corresponding to 3V R /4 are generated and added to each.
次いで、端子付電荷転送型遅延線1からの出力
信号電荷とバイアス電荷生成部15からのバイア
ス電荷は、電荷合成部16において電荷レベルで
合成される。これは後述する下位2ビツトのA/
D変換に備えるもので、第2図からも明らかなよ
うに、合成後の電荷(以後、合成電荷と称す)は
常に3VR/4に相当する電荷よりも大きくなつて
いる。よつて、VR>VS>3VR/4の範囲4レベ
ルに区切つて、その大小関係を調べることによ
り、下位2ビツトのA/D変換が可能となる。 Next, the output signal charge from the terminal-attached charge transfer type delay line 1 and the bias charge from the bias charge generation section 15 are combined at a charge level in a charge synthesis section 16. This is the lower 2 bits of A/
This is to prepare for D conversion, and as is clear from FIG. 2, the combined charge (hereinafter referred to as combined charge) is always larger than the charge corresponding to 3V R /4. Therefore, by dividing the range of V R >V S >3V R /4 into four levels and examining the magnitude relationship, A/D conversion of the lower two bits becomes possible.
最後に、電荷合成部16からの合成電荷は端子
付電荷転送型遅延線17中を転送されると同時
に、一転送ごとに非破壊的に検出され、端子1
8,19,20より合成信号電圧として出力され
る。この端子18,19,20よりの合成信号電
圧は、アナログ比較器群21を構成するアナログ
比較器22,23,24のそれぞれの信号端子に
印加される。一方、アナログ比較器22,23,
24の比較電圧端子には、比較電圧発生回路25
からのそれぞれ異なる比較電圧15VR/16,
14VR/16,13VR/16が印加される。よつて、合
成信号電圧をVCとすると、その変化に対するア
ナログ比較器22,23,24のそれぞれの判別
信号C4,C5,C6の状態は、VC>15VR/16
の場合C4,C5,C6のすべてがハイレベル
“1”、15VR/16>VC>14VR/16の場合C5,C
6がハイレベル“1”、14VR/16>VC>13VR/
16の場合C6のみがハイレベル“1”、13VR/16
>VC>12VR/16の場合C4,C5,C6のすべ
てがローレベル“0”となる。ここで合成信号電
圧VCに含まれるバイアス電荷分は、上述したよ
うに0,VR/4,VR/2,3VR/4の4種類あ
ることから、信号電圧VSに対する判別条件は、
第2図に示すごとく、16種類存在することにな
る。次に、アナログ比較器群21からの判別信号
C1,C2,C3はそれぞれ遅延時間の異なるデ
イジタルフイルタ26,27,28に印加されて
同時化された後、符号器29に入力され、ここで
第2図に示すごとく2ビツトの2進数D3,D4
に変換される。すなわち、端子付電荷転送型遅延
線17とアナログ比較器群21、比較電圧発生回
路25、デイジタルシフトレジスタ26,27,
28および符号器29によつて下位2ビツトA/
D変換部が構成されたことになる。よつて、前述
した上位2ビツトA/D変換部も合わせて、トー
タルでレベル分解能4ビツト/サンプルのA/D
変換器が実現されたことになる。 Finally, the combined charge from the charge combining unit 16 is transferred through the charge transfer type delay line 17 with a terminal, and at the same time is detected non-destructively for each transfer, and is detected non-destructively at the terminal 1.
8, 19, and 20 are output as a composite signal voltage. The combined signal voltages from the terminals 18, 19, and 20 are applied to respective signal terminals of analog comparators 22, 23, and 24 constituting the analog comparator group 21. On the other hand, analog comparators 22, 23,
A comparison voltage generation circuit 25 is connected to the comparison voltage terminal 24.
Each different comparison voltage from 15V R /16,
14V R /16 and 13V R /16 are applied. Therefore, when the composite signal voltage is V C , the states of the respective discrimination signals C4, C5, and C6 of the analog comparators 22, 23, and 24 with respect to the change thereof are V C >15V R /16
If C4, C5, C6 are all high level "1", if 15V R /16 > V C > 14V R /16, C5, C
6 is high level “1”, 14V R /16>V C >13V R /
In case of 16, only C6 is high level “1”, 13V R /16
>V C >12V R /16, all of C4, C5, and C6 become low level "0". Here, as mentioned above, there are four types of bias charges included in the composite signal voltage V C : 0, V R /4, V R /2, and 3V R /4, so the discrimination condition for the signal voltage V S is ,
As shown in Figure 2, there are 16 types. Next, the discrimination signals C1, C2, and C3 from the analog comparator group 21 are applied to digital filters 26, 27, and 28 having different delay times and are synchronized, and then input to the encoder 29, where the As shown in Figure 2, 2-bit binary numbers D3 and D4
is converted to That is, a charge transfer type delay line 17 with a terminal, an analog comparator group 21, a comparison voltage generation circuit 25, digital shift registers 26, 27,
28 and encoder 29, the lower two bits A/
This means that the D conversion section has been configured. Therefore, including the upper 2-bit A/D conversion section mentioned above, the total level resolution is 4 bits/sample.
This means that a converter has been realized.
以上の説明からも明らかなように、本実施例に
よるA/D変換器はCCDと同一クロツクで動作
するため非常に高速である。また信号電圧と基準
電圧との比較を1つの端子付電荷転送型遅延線だ
けで実行するタイプに比べ、回路規模が大幅に縮
少される。例えば、4ビツトのA/D変換に必要
とされる比較器の数は、通常は15個であるが、本
実施例によれば6個の減らすことができる。さら
にアナログ比較器やデイジタルシフトレジスタお
よび符号器等はCCDと同一の半導体プロセス技
術によつて製造可能なため、CCDとのオンチツ
プ化が容易である等の多くの利点がある。 As is clear from the above description, the A/D converter according to this embodiment operates with the same clock as the CCD, so it is very fast. Furthermore, the circuit scale is significantly reduced compared to the type in which the comparison between the signal voltage and the reference voltage is performed using only one terminal-equipped charge transfer type delay line. For example, the number of comparators required for 4-bit A/D conversion is normally 15, but can be reduced to 6 according to this embodiment. Furthermore, since analog comparators, digital shift registers, encoders, etc. can be manufactured using the same semiconductor process technology as the CCD, there are many advantages such as ease of on-chip integration with the CCD.
次に、第3図について説明する。図において第
1図と同一符号は同一構成要素を示している。本
実施例では、信号電荷の非破壊的検出にフローテ
イング電極30〜35を用いている。これらフロ
ーテイング電極30〜35は転送パルスφ1,φ2
が印加された転送電極対の間に設けられ、DCバ
イアス電圧が印加されている。よつて、端子付電
荷転送型遅延線1および17での電荷転送は、い
わゆる2 1/2相駆動で行なわれる。端子付電荷
転送型遅延線17の終端には転送電荷を吸収する
ためのドレイン36が設けられている。ここでフ
ローテイング電極30〜35で検出された信号電
圧は、アナログ比較器群6および21を構成する
アナログ比較器7,8,9および22,23,2
4のそれぞれの信号端子に印加される。一方、比
較電圧発生回路37は抵抗38〜44を直列接続
することにより構成されている。ここで抵抗38
〜40を同一抵抗値Rに選び、抵抗41〜44を
Rの1/4の抵抗値に選ぶことにより、比較器7,
8,9および22,23,24の比較電圧端子に
は、それぞれ異なる比較電圧3VR/4,VR/2,
VR/4および15VR/16,14VR/16,13VR/16が
印加される。よつて、アナログ比較器群6および
21は、第1図により説明した場合と全く同様に
動作する。 Next, FIG. 3 will be explained. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same components. In this embodiment, floating electrodes 30 to 35 are used for non-destructive detection of signal charges. These floating electrodes 30 to 35 receive transfer pulses φ 1 and φ 2
is provided between the pair of transfer electrodes to which DC bias voltage is applied. Therefore, charge transfer in the charge transfer type delay lines 1 and 17 with terminals is performed by so-called 2 1/2 phase drive. A drain 36 for absorbing transferred charges is provided at the terminal end of the charge transfer type delay line 17 with terminals. Here, the signal voltages detected at the floating electrodes 30 to 35 are applied to the analog comparators 7, 8, 9 and 22, 23, 2 that constitute the analog comparator groups 6 and 21.
4 is applied to each of the signal terminals. On the other hand, the comparison voltage generation circuit 37 is constructed by connecting resistors 38 to 44 in series. Here resistance 38
By selecting resistors 41 to 44 to have the same resistance value R, and selecting resistors 41 to 44 to have a resistance value 1/4 of R, comparators 7,
Different comparison voltages 3V R /4, V R /2,
V R /4, 15 V R /16, 14 V R /16, and 13 V R /16 are applied. Therefore, the analog comparators 6 and 21 operate in exactly the same manner as described with reference to FIG.
次に、バイアス電荷生成部15を構成する電荷
入力部45,46,47では、当該分野の技術者
には周知の電位平衡入力法などにより、基準電圧
VRの1/4の電圧に相当するバイアス電荷が生成さ
れる。また、電荷入力部45,46,47に隣接
して、ゲート電極48,49,50が設置されて
いる。これらゲート電極48,49,50には、
アナログ比較器群6から判別信号C1,C2,C
3がインバーター51,52,53を介してそれ
ぞれ印加されている。よつて、判別信号C1,C
2,C3がローレベル“0”のときのみ、電荷入
力部45,46,47からCCDチヤネル中へバ
イアス電荷が注入される。バイアス電荷生成部1
5での電荷転送は、転送パルスφ1,φ2とバイア
ス電圧VBにより、端子付電荷転送型遅延線1お
よび17と同一クロツク周期で2 1/2相駆動さ
れる。また電荷入力部45,46,47およびゲ
ート電極48,49,50は1クロツク周期分ず
つずらせて設置されている。これはフローテイン
グ電極30,31,32における同一信号電荷に
対する検出の遅れを補償するためである。 Next, the charge input sections 45, 46, and 47 constituting the bias charge generation section 15 input a reference voltage using a potential balance input method well known to those skilled in the art.
A bias charge corresponding to 1/4 voltage of V R is generated. Furthermore, gate electrodes 48, 49, and 50 are provided adjacent to the charge input sections 45, 46, and 47. These gate electrodes 48, 49, 50 include
Discrimination signals C1, C2, C from analog comparator group 6
3 is applied via inverters 51, 52, and 53, respectively. Therefore, the discrimination signals C1, C
Only when C2 and C3 are at low level "0", bias charges are injected into the CCD channel from the charge input sections 45, 46, and 47. Bias charge generation section 1
The charge transfer at 5 is driven in 2 1/2 phase with the same clock cycle as the charge transfer type delay lines 1 and 17 with terminals by transfer pulses φ 1 and φ 2 and bias voltage V B . Further, the charge input sections 45, 46, 47 and the gate electrodes 48, 49, 50 are arranged to be shifted by one clock period. This is to compensate for the delay in detection of the same signal charge at the floating electrodes 30, 31, 32.
次いで、端子付電荷転送型遅延線1からの出力
信号電荷とバイアス電荷生成部15からのバイア
ス電荷は、電荷合成部16を形成する加算電極5
4をオンにすることにより、電荷レベルで合成さ
れる。以後の動作は第1図により説明した場合と
全く同様なため、ここでは説明を省略する。 Next, the output signal charge from the terminal-attached charge transfer type delay line 1 and the bias charge from the bias charge generation section 15 are transferred to the addition electrode 5 forming the charge combining section 16.
By turning on 4, charge levels are combined. Since the subsequent operation is exactly the same as that described with reference to FIG. 1, the description will be omitted here.
なお本実施例では、レベル分解能が4ビツト/
サンプルのA/D変換器について説明したが、一
般にNビツト/サンプルのA/D変換器も、2M−
1個(N>M、M:正の整数)のアナログ比較器
による上位MビツトA/D変換部と、2N-M個のア
ナログ比較器による下位N−MビツトA/D変換
部を備えることにより、同様な構成で実現可能で
ある。 In this example, the level resolution is 4 bits/
Although we have described a sample A/D converter, generally an N bit/sample A/D converter is also 2 M -
By providing an upper M-bit A/D conversion section using one analog comparator (N>M, M: a positive integer) and a lower N-M bit A/D conversion section using 2 NM analog comparators. , can be realized with a similar configuration.
(発明の効果)
以上述べた通り、本発明によれば、2つの端子
付電荷転送型遅延線、2つのアナログ比較器群、
バイアス電荷生成部および電荷合成部とにより、
上位A/D変換部と下位A/D変換部とを構成す
ることにより、電荷転送型撮像素子等とオンチツ
プ化が可能で、しかも高速動作が可能な信号処理
装置が得られる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, there are two charge transfer delay lines with terminals, two analog comparator groups,
By the bias charge generation section and the charge synthesis section,
By configuring the upper A/D converter and the lower A/D converter, a signal processing device that can be integrated with a charge transfer type image sensor or the like on a chip and that can operate at high speed can be obtained.
第1図は本発明による信号処理装置の一実施例
を示すA/D変換器のブロツク図、第2図は第1
図の動作機能を説明するための図、第3図は本実
施例のA/D変換器をさらに具体的に示す回路構
成図、第4図は従来例の信号処理装置を示すブロ
ツク図である。
1,17……端子付電荷転送型遅延線、2……
転送方向、3,4,5,18,19,20……信
号電荷出力端子、6,21……アナログ比較器
群、7,8,9,22,23,24……アナログ
比較器、10,25,37……比較電圧発生回
路、11,12,13,26,27,28……デ
イジタルシフトレジスタ、14,29……符号
器、15……バイアス電荷生成部、16……電荷
合成部、30〜35……フローテイング電極、3
6……ドレイン、38〜44……抵抗、45,4
6,47……電荷入力部、48,49,50……
ゲート電極、51,52,53……インバータ
ー、54……加算電極、61……電荷転送型撮像
素子、62……光電変換部、63……垂直レジス
タ、64……水平レジスタ、65……電荷検出回
路、、66……バツフアアンプ、67……クラン
プ回路、68……サンプルホールド回路、69…
…ローパスフイルタ、70……アンプ、71……
A/D変換器。
FIG. 1 is a block diagram of an A/D converter showing one embodiment of a signal processing device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing the A/D converter of this embodiment in more detail, and FIG. 4 is a block diagram showing a conventional signal processing device. . 1, 17...Charge transfer type delay line with terminal, 2...
Transfer direction, 3, 4, 5, 18, 19, 20... Signal charge output terminal, 6, 21... Analog comparator group, 7, 8, 9, 22, 23, 24... Analog comparator, 10, 25, 37... Comparison voltage generation circuit, 11, 12, 13, 26, 27, 28... Digital shift register, 14, 29... Encoder, 15... Bias charge generation section, 16... Charge synthesis section, 30-35...Floating electrode, 3
6...Drain, 38-44...Resistance, 45,4
6, 47... Charge input section, 48, 49, 50...
Gate electrode, 51, 52, 53... Inverter, 54... Addition electrode, 61... Charge transfer type image sensor, 62... Photoelectric conversion section, 63... Vertical register, 64... Horizontal register, 65... Charge Detection circuit, 66... Buffer amplifier, 67... Clamp circuit, 68... Sample hold circuit, 69...
...Low pass filter, 70...Amplifier, 71...
A/D converter.
Claims (1)
(N:正の整数)の分解能でデイジタル信号に変
換する信号処理装置において、出力信号電荷の大
きさを一転送ごとに非破壊的に検出する2M−1個
(M:正の整数、M<N)の第1の出力手段を備
えた第1の端子付電荷転送遅延線を設け、各出力
手段からの出力電圧を2M−1個の第1のアナログ
比較器群に供給し、且つこのアナログ比較器群に
基準電圧の1/2Mの整数倍となるそれぞれ異なる
比較電圧を供給して、これら比較電圧が前記第1
の出力手段からの出力電圧より大きいときローレ
ベル、小さいときハイレベルとなる判別信号を得
るようになし、これら判別信号をそれぞれ遅延時
間の異なる第1のデイジタルシフトレジスタ群に
供給して信号出力の同時化をはかり、且つこれら
同時化された判別信号を第1の符号器に供給し
て、Mビツトの2進数を得るようにした上位Mビ
ツト変換部と、前記第1のアナログ比較器群から
の判別信号をそれぞれ電荷生成手段に供給して、
これら判別信号がローレベルのときのみ前記基準
電圧の1/2Mの電圧に相当するバイアス電荷を生
成するようになし、且つ前記電荷生成手段からの
バイアス電荷を加算するようにしたバイアス電荷
生成部と、前記第1の端子付電荷転送遅延線から
の出力信号電荷と前記バイアス電荷生成部からの
バイアス電荷を電荷レベルで合成するようにした
電荷合成部と、この電荷合成部からの電荷の大き
さを一転送ごとに非破壊的に検出する2N-M−1個
の第2の出力手段を備えた第2の端子付電荷転送
遅延線を設け、各出力手段からの出力電圧を2N-M
−1個の第2のアナログ比較器群に供給し、且つ
このアナログ比較器群に前記基準電圧の1/2Nの
整数倍に前記基準電圧の(1−1/2M)倍を加え
たそれぞれ異なる比較電圧を供給して、これら比
較電圧が前記第2の出力手段からの出力電圧より
大きいときローレベル、小さいときハイレベルと
なる判別信号を得るようになし、これら判別信号
をそれぞれ遅延時間の異なる第2のデイジタルシ
フトレジスタ群に供給して信号出力の同時化をは
かり、且つこれら同時化された判別信号を第2の
符号器に供給して、N−Mビツトの2進数を得る
ようにした下位N−Mビツト変換部とを備えるこ
とを特徴とする信号処理装置。1 In a signal processing device that converts the output signal from a charge transfer element into a digital signal with a resolution of N bits (N: a positive integer), the size of the output signal charge is detected non-destructively for each transfer.2 M A charge transfer delay line with a first terminal having -1 (M: positive integer, M<N) first output means is provided, and the output voltage from each output means is set to 2 M -1 first output means. 1 analog comparator group, and each analog comparator group is supplied with different comparison voltages that are an integral multiple of 1/2 M of the reference voltage, so that these comparison voltages are equal to the first analog comparator group.
A discrimination signal is obtained which becomes a low level when the output voltage is larger than the output voltage from the output means, and a high level when it is smaller than the output voltage from the output means. an upper M-bit converter which performs synchronization and supplies these simultaneous discrimination signals to a first encoder to obtain an M-bit binary number; and from the first analog comparator group. , respectively, by supplying the discrimination signals to the charge generation means,
A bias charge generation section configured to generate a bias charge corresponding to a voltage of 1/2 M of the reference voltage only when these discrimination signals are at a low level, and to add the bias charge from the charge generation means. and a charge combining unit configured to combine the output signal charge from the first terminal-attached charge transfer delay line and the bias charge from the bias charge generating unit at a charge level, and the magnitude of the charge from the charge combining unit. A second terminal-equipped charge transfer delay line with 2 NM -1 second output means is provided to non-destructively detect the voltage for each transfer, and the output voltage from each output means is set to 2 NM .
- one second analog comparator group, and the analog comparator group is supplied with an integer multiple of 1/2 N of the reference voltage plus (1-1/2 M ) times the reference voltage; Different comparison voltages are supplied to obtain discrimination signals that are low level when these comparison voltages are larger than the output voltage from the second output means, and high level when they are smaller, and these discrimination signals are respectively delayed by delay times. The signals are supplied to a second group of digital shift registers having different numbers to synchronize the signal outputs, and these synchronized discrimination signals are supplied to a second encoder to obtain a binary number of N-M bits. 1. A signal processing device comprising: a lower N-M bit converting section.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60024756A JPS61184978A (en) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | Signal processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60024756A JPS61184978A (en) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | Signal processor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61184978A JPS61184978A (en) | 1986-08-18 |
| JPH0515346B2 true JPH0515346B2 (en) | 1993-03-01 |
Family
ID=12146989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60024756A Granted JPS61184978A (en) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | Signal processor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61184978A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2500436B2 (en) * | 1993-05-10 | 1996-05-29 | 日本電気株式会社 | Signal processor |
| JP3075203B2 (en) | 1997-01-28 | 2000-08-14 | 日本電気株式会社 | Solid-state imaging device |
-
1985
- 1985-02-12 JP JP60024756A patent/JPS61184978A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61184978A (en) | 1986-08-18 |
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